18.03.2021
E-Technologie: ZF scheint Ladeproblem gelöst zu haben
Kürzere Ladezeiten, höhere Reichweite, gleichbleibender Platzbedarf für den elektrischen Antriebsstrang - um nur einige der Herausforderungen für Automobilhersteller zu nennen. Wie ZF Elektroautos nun langstreckentauglich machen möchte.
"Es zeichnet sich ab, dass sich bei künftigen Premiumfahrzeugen oder Sport-Stromern die 800-Volt-Architektur etabliert", sagt Bert Hellwig, bei ZF für die Systementwicklung elektrischer Antriebe verantwortlich. Für den Volumenmarkt bedeutet das, dass "weiterhin die 400-Volt-Architektur Standard bleibt." Autobauer weltweit realisieren kürzere Ladezeiten bei batterieelektrischen Fahrzeugen, mithilfe einer veränderten Bordnetzarchitektur. Was bedeutet das für Elektroautos?
ZF setzt Leistungselektronik aus Formel E-Rennserie ein
Bislang war das Hochvolt-Bordnetz bei E-Autos im Premium- und Sportwagensegment auf 400 Volt ausgelegt. ZF verdoppelt diese nun auf 800 Volt. Dazu entwickelt und produziert ZF Komponenten für den elektrischen Antriebsstrang. Im Zentrum steht eine Leistungselektronik mit Siliziumcarbid als Halbleiter. Diese ist bereits aus der Formel E-Rennserie bekannt. Noch in diesem Jahr soll die Technologie nun auch Einzug in die Serienproduktion mehrerer Fahrzeuge gehobener Segmente halten. "Für 400-Volt-Anwendungen liefern wir bereits seit Jahren Serientechnologie", so Hellwig.
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Leistungselektroniken für 400-Volt-Architekturen gehören längst zum Serien-Portfolio von ZF. Der Konzern bietet diese wesentliche Komponente im E-Antriebsstrang auch für 800-Volt-Architekturen an.
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ZF forciert den aktuellen Trend zu Bordnetzen mit 800-Volt-Spannung: Der Konzern entwickelt und produziert Leistungselektroniken mit Siliziumcarbid als Halbleiter.
Das Problem mit der Ladezeit scheint gelöst
Das Problem der unzureichenden Ladeinfrastruktur kann ZF nicht lösen, aber sie verkürzen mit ihrer Technologie die Ladezeit. Der Anspruch an die Batterie: Nahezu vollständige Aufladung innerhalb einer Stunde. Wie das möglich wird? Das grundsätzliche Problem liegt beim Schnellladen: Fließen höhere Ströme, müssen dickere Kabel verwendet werden. Diese müssen aber auch besser gekühlt werden, da sich mehr Wärme entwickelt. Ergo steigt das Fahrzeuggewicht und damit die Komplexität der Ladeinfrastruktur. Die Lösung von ZF sieht eine Bordnetz-Architektur vor, die bereits von vornherein auf höhere Leistung ausgelegt ist.
Die Aufgaben der Leistungselektronik
Eine wesentliche Komponente für den elektrischen Antriebsstrang ist die Leistungselektronik. Hauptaufgabe: Umformung zwischen verschiedenen Arten elektrischer Energie. Sie wandelt beispielsweise die Ausgangsspannung einer Batterie in Wechselspannung um, passt sie an die Erfordernisse an und versorgt so den Motor mit der optimalen Strom- und Spannungsstärke.
Serienanlauf für 800-Volt-Leistungselektronik
Für mehrere Modelle eines chinesischen Herstellers liefert ZF "den kompletten elektrischen Antriebsstrang inklusive Leistungselektronik", so Hellwig. Auch für einen europäischen Sportwagenhersteller steuert ZF die Leistungselektronik für eine Hochvolt-Anwendung bei. Weitere Serienanläufe würden sich bereits abzeichnen.
Neue Technologie für die verbauten Chips
Erstmals setzt ZF in der Serie bei den Chips auf Siliziumcarbid-Bauteile. Gegenüber den bislang verbauten Silizium-Transistoren lassen sich die internen Schaltverluste bei Leistungselektroniken so nochmals senken. Der sehr hohe Energiedurchsatz der Leistungselektronik beim elektrischen Fahren und Rekuperieren steigert den Wirkungsgrad des gesamten elektrischen Antriebsstrangs. Und das steigert wiederum die Reichweite.
Bekannt sind Siliziumcarbid-Bauteile bereits aus der Formel E. Die Erkenntnisse dieser Rennsport-Klasse fließen, nicht nur bei ZF, kontinuierlich in die Serienentwicklung ein.
Quelle: ZF
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800-Volt-Technologie von ZF ist zwischen Riad und Santiago de Chile schon auf den Straßen: Für das Formula-E-Team Mahindra steuert ZF zur aktuellen Formula-E-Saison 2021 den gesamten 800-Volt-Antriebsstrang mit E-Motor, Getriebe und der Leistungselektronik auf Siliziumkarbid-Basis bei.